水稻OsROXY2通过与OsbZIP47互作调控雄蕊数目的分子机制研究

本研究揭示了水稻CC型谷氧还蛋白OsROXY2通过与其互作转录因子OsbZIP47共同调控雄蕊原基起始的分子机制。研究人员通过自然突变体stamen less(sl)的遗传定位和功能验证，发现OsROXY2基因缺陷导致雄蕊数目减少和心皮缺失，而OsbZIP47则作为负调控因子抑制雄蕊原基形成。该研究首次在单子叶植物中证实GRX-TGA通路在花器官数目调控中的保守性，为作物花器官发育的遗传改良提供新靶点。

　　

在植物发育生物学领域，花器官数目和模式的精确调控一直是核心科学问题。水稻作为单子叶模式作物，其小花包含6枚雄蕊和1枚心皮的固定结构，但调控这种特异结构的分子机制尚不明确。先前研究主要集中于ABC模型基因对花器官身份的调控，而对原基起始(PI)的调控网络知之甚少，特别是在单子叶植物中缺乏关键证据。

贵州省农业科学院水稻研究所的研究团队在《Rice》发表重要成果，通过一个自然突变体stamen less(sl)揭开了这一谜题。该突变体表现出雄蕊数目减少（2-5枚）和心皮缺失的典型表型，扫描电镜显示其雄蕊和心皮原基起始存在缺陷。研究人员采用图位克隆结合CRISPR-Cas9基因编辑技术，证实OsROXY2（编码CC型谷氧还蛋白）是致病基因。有趣的是，其同源基因OsROXY1的功能缺失却不影响花发育，而双突变体表型与osroxy2单突变体相同，表明OsROXY2在花发育中具有独特功能。

通过酵母双杂交(Y2H)和双分子荧光互补(BiFC)实验，团队发现OsROXY2与TGA家族转录因子OsbZIP47存在直接互作。OsbZIP47突变体反而出现35%小花具有7枚雄蕊的表型，与osroxy2表型相反，证实二者通过拮抗作用调控雄蕊数目。该研究首次在单子叶植物中证实GRX-TGA通路对花器官数目的调控功能，揭示了从拟南芥（双子叶植物）到水稻（单子叶植物）的进化保守性。

关键技术方法包括：1）利用3000株F₂群体进行精细定位；2）构建OsROXY2基因组互补载体pROXY2进行表型拯救；3）通过CRISPR-Cas9构建osroxy1、osroxy2及双突变体；4）采用原位杂交和qRT-PCR分析基因时空表达模式；5）酵母双杂交筛选互作蛋白；6）原生质体转化验证蛋白亚细胞定位。

【OsROXY2调控雄蕊数目的功能验证】

通过自然突变体sl和基因编辑突变体osroxy2的表型分析，发现OsROXY2缺陷导致雄蕊原基起始数目减少（野生型6枚，突变体2-5枚），心皮原基完全缺失。互补实验证实pROXY2能完全恢复突变体表型。

【OsROXY1/2的功能分化】

尽管OsROXY1与OsROXY2具有86%序列相似性且能互补拟南芥atroxy1突变体，但osroxy1单突变体花器官正常，双突变体表型与osroxy2相同，说明二者在水稻花发育中存在功能分化。

【OsROXY2-OsbZIP47互作机制】

Y2H和BiFC证实OsROXY2与OsbZIP47在细胞核内互作。OsbZIP47突变导致雄蕊数目增加至7枚，表明其作为负调控因子抑制雄蕊原基形成，与OsROXY2的正调控作用形成拮抗。

【表达模式与亚细胞定位】

原位杂交显示OsROXY2和OsbZIP47均在二级分枝原基顶端和雄蕊原基中表达。OsROXY2定位于细胞核和细胞质，而OsbZIP47为核定位蛋白，支持二者互作的生物学基础。

这项研究建立了单子叶植物花器官数目调控的新范式：OsROXY2通过拮抗OsbZIP47的抑制作用，精确控制雄蕊原基起始数目。该机制不同于已知的ABC模型或CLAVATA通路，为作物花器官数目的遗传改良提供了全新靶点。特别值得注意的是，OsROXY2还参与颖壳（内稃/外稃）形态建成和心皮发育，暗示其可能通过不同互作蛋白调控多器官发育。研究结果对理解单双子叶植物花发育的进化保守性与分化具有重要理论意义，并为水稻分子设计育种提供了关键基因资源。